昭和62年8月5日第三種郵便物許可

令和３年12月25日発行（隔月25日発行）

第39巻

第６号

MATERIAL TECHNOLOGY
材料技術

November-December
2021
Vol. 39, No. 6
ISSN 0289-7709
CODEN: MTECFQ

材料技術研究協会
Japan Research Institute ofMaterial Technology
https://www.jrimt.jp

MATERIALTECHNOLOGY
材料技術

VOL. 39, NO. 6
November-December

Contents＜Articles＞

Basic study of alarm sounds of electronic medical devices focusing on
frequencies based on auditory characteristics

聴覚的感受性に基づく周波数に着目した医療機器オリジナルア
ラーム音の基礎検討
Takahiro Wabe, Akimitu Fujii, Yuma Ambiru, Manon Igarashi, Takanori Kunishi,
Ryuhei Shimizu, Kazuki Harada, Yuhei Abe, Hiroteru Okoshi, Aika Suzuki, Jun Hatano,
Keisuke Hirata············································59

6,6′-Bis(O-4-pyren-1-yl-ethynylbenzoyl)-α,α-trehalose (aryl-substituted
trehalose) activates the NF-κB signaling pathway and is an effective
fluorescent probe for cell imaging in HeLa CD4+ cells
Rumiko Saito, Takanobu Nakayama, Kahoko Hashimoto, Naoko Miyano-Kurosaki ·················64＜報告＞2021 年度

材料技術研究協会討論会報告

討論会委員会 委員長

酒井 秀樹<Editorial Note>
２０２１年度 統合版の発行に寄せて············································73···········································76

聴覚的感受性に基づく
周波数に着目した医療機器オリジナルアラーム音の基礎検討
和部 崇洋 a,b ，藤井 昭光 b，安晝 佑真 b，五十嵐真音 b，國司剛典 b，清水竜平 b，
原田一希 b，阿部雄平 b，大越啓央 b，鈴木愛華 b，波田野純 b，平田圭祐 b
Basic study of alarm sounds of electronic medical devices focusing on frequencies basedon auditory characteristics
Takahiro Wabe a, Akimitu Fujii b,Yuma Ambirub,Manon Igarashi b,Takanori Kunishi b,
Ryuhei Shimizu b,Kazuki Harada b,Yuhei Abe Hiroteru Okoshi b,Aika Suzuki b,Jun Hatano b,Keisuke Hirata b
Abstract
Incidents and accidents related to alarm sounds of electronic medical devices used in hospitals are increasing
every year. It has been reported that the cause is alarm fatigue (including carelessness due to becoming
accustomed to the alarms) by the medical staff involved in the hospital department where the total time for thealarming sound exceeds ten hours per day. Alarm fatigue commonly occurs, and responding to alarms andimproving the systematic hospital environment are difficult in such situations. As such, in the medical field,
countermeasures against these problems are urgently required. Accordingly, the purpose of this study was tomake a prototype of an original alarm sound that medical staff can react to even in a hospital environment
where alarm fatigue occurs or where it may occur. The alarm sound of medical device is specified by JIS, but
in order to draw more attention, in this study, we prototyped an alarm sound based on auditory sensitivity suchas maximum audible frequencies and unpleasant audible frequencies. From a questionnaire given to 85 people,
we selected notable maximum audible frequencies (3kHz，4kHz，4.5kHz，5kHz，5.5kHz) and unpleasantaudible frequencies (11kHz, 12kHz, 13kHz, 14kHz, 15kHz) and prototyped the original alarm sound. A
questionnaire and an electroencephalograph were used to evaluate the original alarm sound. As a result, wewere able to prototype an original alarm sound that attracts more attention than the existing alarm sound.

Keywords：Medical device alarm sound; Alarm fatigue; Maximum audible frequency;
Discomfort audible frequency; Auditory characteristics
Received November 25, 2021; accepted February 1, 2022

a Teikyo University of Science, Department of Life & Health Sciences , Faculty of Life & Environmental
Sciences, 2-2-1 Senjyusakuragi, Adachi-ku, Tokyo, 120-0045, Japanb Tokyo college of Medico-Pharmaco Technology, 2-11-1 Higashikasai, Edogawa-ku, Tokyo , 134-0084,
Japan
a 帝京科学大学 生命環境学部生命科学科（〒120-0045 東京都足立区千住桜木 2-2-1）
b 東京医薬専門学校（〒134-0084 東京都江戸川区東葛西 6-5-12）
59

１ 緒言

必要がある場合の周波数（1 kHz 以下）や，障
害物又は間仕切りがある場合（500 Hz 以下）な

医療事故の報告件数は年々，増加の一途を辿

どの推奨周波数範囲も示されている 6)．しかし，っている 1)．そのなかで，病院で用いられる電JIS 規格の基となった IEC 規格については識別

子医療機器に関するアクシデント・インシデンがし難いなどの報告もされているため 7,8)，必ず

トも発生件数も伸びている．電子医療機器は，

しも JIS 規格のアラーム音が上記の諸問題によ

生理学的モニタリング，生命維持管理装置，治り，気づき難くなった場合に有効的とは言えな療機器と多岐に渡って医療に関わっているたい．そこで，本研究では，アラーム疲労が起こ

め，事故防止措置は高いレベルで施されている．

るような病院環境においても，既存のアラーム

そのなかの一つに，異常事態を知らせるアラー

より，強制力が強く働き意識がアラームに向くムが存在する．反面，アラーム音による医療事ようなオリジナルアラーム音の試作を目的と故（インシデントも含む）は，頻繁に発生してした．オリジナルアラーム音の試作に際しては，いるのが現状である．原因としては，アラーム

患者の負担になるような音量をあげるといっ

音の見過ごしがあり，緊急事態への対応を遅らた対処法ではなく，周囲環境の変化が起きても，せてしまう 2)．アラーム見過ごしが発生する理

注意を促せるように聴覚的感受性に基づくオ

由としてはアラーム発生時間が 1 日の 43.7％にリジナルアラーム音試作を目指した．

もなるような集中治療室でのアラーム疲労（アラームへの慣れによる不注意も含む）によるものだと考えられている 3)

２ 実験方法

アラーム疲労 とは，過度のアラームが鳴る環境（一種の騒音下）を

２.１ 最大可聴・不快感可聴周波数の特定経験した結果として，医療従事者のアラームへ

騒音のなかでも，人の注意を引き付ける不快の応答時間の延長や，アラームに対する応答率音に着目してオリジナルアラーム音を試作すの低下が発生することを指す．アラーム疲労にる．注意を引き付ける音として聴覚的感受性になるのは一般的であり，病院環境が深く関わっ着目して，人が不快に感じる音（不快感可聴周ていると言われている．日頃より余りにも時間波数）と，人に聞こえやすい音の周波数（最大的に多すぎるアラームに医療スタッフの感覚

可聴周波数）を探った．dB で表現される音圧はが麻痺することが原因だとされている．注意す
るにも，アラーム疲労がおこるような状況では，
アラーム対応が極めて難しいとされ，アラーム

単純に音（振動）の大きさを表すが，人間には周波数によって音圧が小さくても「大きく聞こえる音」と，音圧が大きくとも「小さく聞こえ

疲労を組織的に軽減する研究もなされているる音」が存在する．この感覚的な音の聞こえ方

4,5)．しかし，組織的に病院環境の改善は，即座をラウドネスという．ちなみに，赤ん坊の泣きに行うには難しく，医療現場において，これら声や，女性の悲鳴，家電製品は 2 kHz～4 kHz のの問題への対策が急務で求められている．そこ

周波数を用いている．不快感可聴周波数と，最で，本研究で着目したのがアラーム音の改善で

大可聴周波数を探るために可聴領域の周波数ある.アラーム音は，ＪＩＳにより規定されていである 20 Hz～20 kHz の間で周波数を 30 段階

る．

に分けて，模擬アラーム音を発生させ，85 名にJIS には，アラーム信号の周波数範囲（200 Hz

聞き取り調査を行った．聞き取り調査には，ア〜5 kHz）について，推奨範囲（500 Hz〜3 kHz）

ンケートを用いた．聞き取り調査の環境は Fig.1

について記されている．また，大きな病棟のよの通りである．音源（スピーカー）から 70cm

うに，遠距離からでもアラーム信号が聞こえる
60

離れた場所に椅子を置き，耳と音源の高さが同

ソフト(再生：Audacity)を使用してアラーム音をじになるように椅子の高さを調整した（80 ㎝）
．

作成した．

測定時には，院内を想定しているので，騒音を別のスピーカーから流した．騒音は院内の雑然２.３ 既存のアラーム音との比較とした状況時に測定した音圧と同じ約 60dB と２.２節で特定したオリジナルアラーム音として，アラーム音源は 75dB とした．再生には既存のアラームを比較した．院内で使用頻度のフリーソフトの Audacity を用いた．なお，JIS

高いシリンジポンプ TE-351（テルモ株式会社），

を参考に，強度の基準を 20μPa としている．

重要パラメータ付き多項目モニタ（ベッドサイ
ドモニタ）CSM-1701（日本光電工業株式会社）

70 cm

を比較対象とした．評価には脳波を用いて，測定には脳波計 EEG-1250（日本光電工業株式会社）を使用した．仕様は以下の通りである（Sensitivity＝10μV，Time Constant＝0.1s，Highpass Filter＝35 Hz）．脳波は，ストレス波とも呼ばれている β 波までを対象とした．なお，HF は余裕を持って 35 Hz とした．脳波測定に使用すFig.1

るヘッドギアは，AE-120A（日本光電工業株式Interview survey environment会社）を用いた．脳波のチャネル数は 10 チャネルである（F3-0V，C3-0V，O1-0V，T3-0V，

２.２ 最大可聴・不快感可聴周波数をF4-0V，C4-0V，O2-0V，T4-0V，F3-T3，T3-O1，

組み合わせたオリジナルアラーム試作

F3-C3，C3-O1，F4-T4，T4-O2，F4-C4，C4-O2）．
被験者は，既存医療機器のアラーム音を聞きな

アラームには様々な種類の音が扱われていれていない 12 名とした．

るが，パルス音は記憶，識別が容易でないと報
告されている 9)．そこで，本研究では，周波数の合成ソフトを用いて，メロディを作成する．
本実験では，合成ソフトの上限である三種類の３ 結果及び考察
３.１ 最大可聴・不快感可聴周波数の特定
アンケート結果を Fig.2 に示す．緑のグラフ

周波数を一音（和音）として，三音組み合わせてオリジナルアラーム音（メロディ）とした．
メロディ（時間的に連続して的に変化する音）
はメッセージ性を持たせることができ，パルスを最大可聴周波数として，黒いグラフを不快感
可聴周波数とした．特にアンケートの結果が高い周波数を赤い丸で括った．さらに，上位 5 つの周波数を Table1 に記した．Table1 の赤字はア音と比較すると印象に残りやすいことを，科学

ンケート結果が最も高い周波数である．

的に証明されているわけではないが，作曲家た(Number of people)

ちは経験的に理解している．２.１節同様に 85
名にアンケートを取り，より注意を引く和音を特定した．三種類の周波数には，最大可聴周波数を一種類，不快感可聴周波数を二種類で構成したため、組み合わせた周波数は 50 種類以上

Maximum audible Discomfort audible

Fig.2 Questionnaire results on maximum audibleとなった．合成ソフトには，Wave Gene Ver1.5

and unpleasant audible frequencies

sz0 を用いた．周波数の組み合わせにはフリー
61

振幅（μVp-p），周波数（Hz）ともに既存の医療

Table1 Questionnaire results on maximum audible
and unpleasant audible frequencies (top 5)

機器のアラーム音よりオリジナルアラームが高くなっており，周波数においては，β 波の周Maximum audible (kHz)

3

4.5

5

5.5

Discomfort audible (kHz)11 12 13

14

15

4

波数帯域に入っている．オリジナルアラームが聞こえやすく，注意が向きやすいアラーム音であると考えられる．

３.２ オリジナルアラーム試作のための周波数組み合わせ特定
Table1 からの周波数の組み合わせ 50 種類に対してアンケートを取り，注意を引く上位 3 音が Table2 の通りとなった．
Table2

Top3 sound combinations based on Table1
1

2

3

Maximum audible frequency

4

5

4.5

Discomfort audible frequency①

11

14

1.4

Discomfort audible frequency②

13

15

1.5

Fig.4 An example of measurement results(brain waves)(kHz)

Table3 Comparison of original alarm and existing

３.３ 既存のアラーム音との比

medical device alarm

Table2 の 3 音を Fig.3 の通りに組み合わせてオリジナルアラーム音とした．それぞれのアラ

Relax

ーム音は 0.20s 流し，各アラーム音に 0.05s の間隔を設けて，これを繰り返した．

5 kHz
14 kHz
15 kHz

4 kHz
11 kHz
13 kHzSyringe

Bed side

Originalpump

monitoralarm

Amplitude(μVp-p)

24.5

29.5

33.6

40.2

Frequency(Hz)

6.4

10.6

13.38

16.8

4.5 kHz
14 kHz
15 kHz

４ 結言
JIS による規定を考慮せず，オリジナルアラ
ーム音を試作した. 聞き取りや脳波図から，騒音化で既存のアラーム音よりオリジナルアラ

0.05s
0.20s

0.05s
0.20s

ーム音が注意を引くことが分かった. 本報告で
0.20s

は，病院内の環境を模擬したが，今後は，実際にアラーム疲労の医療従事者からの評価を基

Fig.3 Original alarmに，オリジナルアラームの改善を行う.
リラックス時，シリンジポンプ，ベッドサイド，オリジナルの各アラーム音の脳波の振幅と1)

周波数を測定した．測定結果の一例を Fig.4 に示す．また，それぞれの平均値を Table3 に記す．
62

参考文献
中村美香, 近藤浩子, 岩永喜久子, 今井裕子, 杉田歩美, 須川美枝子, 永井弥生, 北

7) A. N. Wee, P. Sanderson, Technology

関東医学会, 66 (4), 279 (2016).
2)
3)

岩井完, 浅田眞弓, 梶谷篤, 日外会誌, 117

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中村恭子, 廣瀬稔, Clinical Engineering, 98) P. Lacherez, E. L. Seah, P. Sanderson, Human(22), 859 (2011).
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能に関する一般要求事項 (2017).

63

6,6′-Bis(O-4-pyren-1-yl-ethynylbenzoyl)-α,α-trehalose(aryl-substituted trehalose) activates the NF-κB signaling pathway
and is an effective fluorescent probe forcell imaging in HeLa CD4+ cells
Rumiko Saito1), Takanobu Nakayama2), Kahoko Hashimoto 1), 2), and Naoko Miyano-Kurosaki 1) ,2) *Abstract
Cell imaging is expected to contribute not only to basic life science research but also to clinical diagnosis,
treatment, and drug discovery as a method for exploring and interpreting biological phenomena. We haveshown that 6,6′-bis(O-4-pyren-1-yl-ethynylbenzoyl)-α,α-trehalose (aryl-substituted trehalose) is taken up
by HeLa CD4+ cells, a human cervical cancer cell line, and shows bright green luminescence. In this study,
we evaluated the effect of aryl-substituted trehalose on HeLa CD4+ cells and its utilization as a cell
imaging material. An analysis of the change in intracellular fluorescence of aryl-substituted trehalose overtime by fluorescence microscopy revealed uptake by HeLa CD4+ cells and fluorescence signals in thecytoplasm. The number of cells incorporating aryl-substituted trehalose was higher at 48 h than at 24 hafter the addition. Aryl-substituted trehalose did not affect cell cycle progression in HeLa CD4+ cells. It
was suggested that aryl-substituted trehalose is taken up into cancer cells via glucotransporter in the same
way as glucose uptake. Aryl-substituted trehalose is not taken up by normal cells but is specifically taken
up by cancer cells, so it may be used for detection of cancer cells.

Keywords：Aryl-substituted trehalose, Cancer cells, Cell imaging material

Received October 5, 2021; accepted November 5, 2021

1) Department of Life and Environmental Sciences, Graduate School of Engineering, Chiba Institute ofTechnology, 2-17-1 Tsudanuma, Narashino, Chiba 275-0016, Japan
2) Department of Life Sciences, Faculty of Advanced Engineering, Chiba Institute of Technology 2-17-1,
Tsudanuma, Narashino, Chiba 275-0016, Japan.
*Corresponding author: Naoko Miyano-Kurosaki, Department of Life and Environmental Sciences, Graduate
School of Engineering, Chiba Institute of Technology, 2-17-1 Tsudanuma, Narashino, Chiba 275-0016, Japan
E-mail: kurosaki.naoko@p.chibakoudai.jp

64

1 Introduction
Bioimaging technology has become an important
tool

in

the

field

of

biomedicine

for

the

fluorescent molecules to label and visualize
intracellular complex sugars11). Barattucci et al.
reportedthat

dimethylamino-substituted

oligo

multidimensional visualization of biomolecules,(phenylene ethynylene) glucosides act as efficient

cells, tissues, and organisms1,2). The visualization of

biocompatible fluorescent probes12,13). Ribagorda etbiological phenomena is a focus of disease research

al. found that dimethylamino-oligo glucosideand is providing new insights into the etiology ofderivatives have photophysical properties, such as

diseases3,4). In particular, fluorescence bioimaging,high quantum yield, singlet oxygen production,in which fluorescence is imparted to the target

biocompatibility,

substance for visualization, is an indispensableinternalization, and very good responsiveness; theytechnique in biomedical research3,5). For the further

can be utilized as photosensitizers for photodynamic

development of fluorescence bioimaging technology,

therapy14). In addition, Park et al. monitored theit is important to clarify correlations between the

fluorescence

molecular structure of imaging materials and optical

glucosamine-modified

properties, toxicity, and bioactivity5).

efficiently distinguish between cancer cells andFluorescent molecules used in cell imaging

normalstability,

intensity

cells15).

of

easy

cells

silicone

Therefore,

intracellulartreatedwithrhodaminetocombinationsofinclude those based on small organic fluorescentfluorescent molecules and sugars are expected to bemolecules and those based on fluorescent proteins,promising fluorescent probes for cell imaging.

such as green fluorescent protein6,7). Imaging with

Trehalose(α-D-glucopyranosyl-α-D-

fluorescent proteins requires gene transfer for

glucopyranoside) is a disaccharide composed of two

expression in living cells8). Small organic fluorescentglucose molecules linked by an α,α-1,1 bond16).

substances benefit from their ability to be quickly

Trehalose is widely distributed in nature and is used

introduced into all cells simply via extracellular

as an energy source in a broad range of taxa,

fluid9).

including bacteria, fungi, insects, plants, andThe design conditions for organic fluorescent

invertebrates17). In addition, it is widely used insmall molecule-based imaging materials include afoods and biomaterials and is attracting attention anlack of cytotoxicity and high water solubility toexcipient for pharmaceuticals. Trehalose has moreensure in vivo compatibility and hydrophobicity forfavorable hydration properties compared with otherthe permeation of cell membranes10). Many organic

sugars such as glucose, galactose, and sucrose.

fluorescent molecules are hydrophobic, which canGiven the need for imaging materials with water

result in various issues, including aggregation andsolubility for use in living tissues, as well as its

precipitation in extracellular fluid, emphasizing thehydrophobicity for penetrating the cell membrane

importance of water solubility.

and its low cytotoxicity, trehalose is a promising

Against this background, multiple cell imaging
techniques in which sugars are complexed withsugar.
We have previously synthesized 6,6′-bis(O-4-

fluorescent molecules have been reported. Hsu et al.

pyren-1-yl-ethynylbenzoyl)-α,α-trehalose

reported

incorporating

substituted trehalose) by TMS protection and

and

N-

selective deprotection of the hydroxy group ofacetylmannosamine by azide-alkyne click chemistrytrehalose, esterification of the primary hydroxywithgroup, and the Sonogashira coupling reaction13). The

thathyperacetylated

cell

glycans

alkynylfucose3-azido-7-hydroxycoumarinfunctionas(aryl-

65

aryl-substituted trehalose showed an absorption

observed using a flow cytometer. HeLa CD4+ cells

maximum in the visible region and a highwere seeded on 24-well plates (105 cells/well) for 24

fluorescence quantum yield in diluted THF solutions.

h to allow adherence and were then incubated with

It generated strong fluorescent signals. Strong

aryl-substituted trehalose at concentrations of 0 (1%fluorescence was maintained even in a THF/H2O

DMSO) and 9.4 µmol/L for 24 and 48 h. After they

mixed solvent. We further confirmed that aryl-

were washed twice with PBS(-), the cells were

substituted trehalose could be introduced into HeLa

trypsinized and collected for the measurement of

CD4+ cells and used as a green fluorescent probe.

uptake efficiency. Fluorescence was monitored using

In this study, we evaluated the effects of aryl-

a flow cytometer (BD Biosciences). Ten thousand

substituted trehalose, as a candidate cell imaging

events were collected per sample, and the data werematerial, on HeLa CD4+ cells.

analyzed using CellQuest (BD Biosciences).

2.4 Cell proliferation and viability assays.
2 Experimental
2.1 Culture conditions and reagents. HeLa
CD4+cells and Vero cells were cultured as amonolayer in Dulbecco’s Modified Eagle Medium(DMEM; Sigma-Aldrich) supplemented with 10%
heat-inactivated fetal bovine serum (Cytiva), 100
units/mL penicillin G, and 100 μg/mL streptomycin(Fujifilm Wako Pure Chemical Corporation). The
aryl-substituted trehalose was dissolved in dimethyl
sulfoxide (DMSO) and the final concentration of
DMSO was 1%.

2.2 Observation of uptake of the arylsubstituted trehalose with a fluorescencemicroscope. The uptake of the aryl-substituted
trehalose by HeLa CD4+ cells and Vero cells wasobserved using a fluorescence microscope. HeLa
CD4+ cells and Vero cells were seeded on 96-wellplates (2×104 cells/well) for 24 h to allow adherence
and were then incubated with aryl-substituted
trehalose at concentrations of 0 (1% DMSO) and 9.4µmol/L for 24 or 48 h. After incubation, nuclear
staining was performed using Hoechst33342(ImmunoChemistry Technologies). Cells

wereviewed under a fluorescence microscope (KeyenceCo.).

2.3 Evaluation of the aryl-substituted
trehalose uptake efficiency. Uptake of the arylsubstituted trehalose by HeLa CD4+ cells was

The trypan blue method was used to evaluate theeffects of aryl-substituted trehalose on the viability
and proliferation of HeLa CD4+ cells and Vero cells.
The aryl-substituted trehalose was synthesized anddiluted in DMSO. For proliferation and viability
assays, 105 cells were plated in 24-well plates andtreated with aryl-substituted trehalose for 24 and 48
h. After treatment, cells were trypsinized andcounted using a TC20 Automated Cell Counter (BioRad Laboratories, Inc.).

2.5 Comparison of glut4 expression incancer cells and normal cells by adding arylsubstituted trehalose. The expression level ofglut4 present on the cell surface was compared toinvestigate the cell uptake pathway of arylsubstituted trehalose in HeLa CD4+cells and Verocells. HeLa CD4+ cells were seeded into 24-wellplates (105 cells/well) for 24 h to allow the cells togrow adherently, followed by incubation with arylsubstituted trehalose at 0 (1% DMSO) and 9.4µmol/L for 48 h. Cells were stained with PE-bindinganti-glut4 antibody (BioLegend) for 15 min, after
which glut4 expression levels were measured with aflow cytometer.

2.6 Confirmation of NF-κB and Bcl-X
expression by flow cytometry. Cells wereincubated with 1% DMSO and 9.4 µmol/L arylsubstituted trehalose for 24 h and 48 h. NF-κB and66

Bcl-XL were measured by flow cytometry using PE-

supplemented with 1% DMSO, which solubilizes

conjugatedantibodies

aryl-substituted trehalose, and cells supplemented(BioLegend) along with standard binding buffer.

with aryl-substituted trehalose. We observed that

Antibody staining was performed following thearyl-substituted trehalose was taken up by HeLa

manufacturer’s recommended protocol.

CD4+ cells and Vero cells and then labeled the

NF-κB

and

Bcl-X

2.7 Statistical analysis. All data werecytoplasmic compartment (Fig. 1). We haveprocessed using Microsoft Office Excel

previously(Microsoft). Each experiment was repeatedconcentration of 37.5 µmol/L is taken up by cells; inindependently at least 3 times, and all

this study, we used the minimum concentration forresults were expressed as mean ± standard

cellular uptake13). Aryl-substituted trehalose was

deviation (SD). In addition, statisticaltaken up by HeLa CD4+ cells but not by Vero cells.

differences were analyzed by Student’s t-

This suggests that aryl-substituted trehalose is taken

tests. A p-value of less than 0.05 was

up by cancer cells but not by normal cells.

considered statistically significant.

confirmed

thattrehaloseata

3.2 Evaluation of aryl-substituted trehalose
uptake in HeLa CD4+cells by flow cytometry.

3 Result
3.1 Aryl-substituted trehalose uptake by
HeLa

CD4+

fluorescence

cells.
were

Nuclearstaining

andcompared

betweencells

As determined by flow cytometry, the fluorescenceintensities of aryl-substituted trehalose in HeLa
CD4+ cells at 9.4 µmol/L for 24 and 48 h were

Fig. 1 Analysis of aryl-substituted trehalose uptake by HeLa CD4+cells and Vero cells by fluorescencemicroscopy. HeLa CD4+cells were incubated with aryl-substituted trehalose or 1% DMSO for 24 h (A) or
48 h (B). Vero cells were incubated with aryl-substituted trehalose or 1% DMSO for 24 h (C) or 48 h (D).
From left to right, Phase, Hoechst, and Fluorescence images are shown. Scale bar represents 50 µm.

67significantly greater than that in the control by 13%
and 22%, respectively (Fig. 2). The fluorescenceintensity of aryl-substituted trehalose incorporated
into HeLa CD4+ cells increased in a time-dependent
manner.

Fig. 2 Flow cytometer analysis of thefluorescence intensity of aryl-substituted
trehalose incorporated into HeLa CD4+ cells.
Cells were incubated with aryl-substituted
trehalose for 24 h ( □ ) or 48 h ( ■ ) atconcentrations of 9.4 µmol/L and 1% DMSO.
Compared with the control, p < 0.001 (***). Alldata are representative of three experiments(±SD).

3.3 Cytotoxicity of aryl-substituted trehalose.
The trypan blue method was used to evaluate theeffect of aryl-substituted trehalose on the viability
and proliferation of HeLa CD4+ cells and Vero cells.
After treatment with aryl-substituted trehalose, cell
viability was greater than 90% at both 24 and 48 h.
In addition, viability did not differ significantly
between treated cells and 1% DMSO (data notshown). There was no difference in cell proliferation
between cells that were and were not supplemented
with aryl-substituted trehalose after 24 and 48 h (Fig.
3). It was suggested that aryl-substituted trehalose
does not affect the proliferative potential of cancer
cells and normal cells.

Fig. 3 Proliferation analysis of HeLa CD4+ cells
and Vero cells. HeLa CD4+ cells were treatedwith 1% DMSO and aryl-substituted trehalose
for 24 h (A) or 48 h (B). Vero cells were treatedwith 1% DMSO and aryl-substituted trehalose
for 24 h (C) or 48 h (D). All data arerepresentative of three experiments (±SD).

68

3.4 Intracellular uptake of aryl-substituted

aryl-substituted trehalose, but not in Vero cells (Fig.

trehalose. Cellular glucose uptake is mediated by

4). This result suggests that aryl-substituted

membrane-boundtrehalose is taken up into cells via glut4.

glucosetransporters.

The

expression level of glut4 present on the cell surface
was compared to investigate the cell uptake pathway

3.5 Expression of factors related to the NFκB

signaltransduction

pathway.

NF-κB

HeLa CD4+ cells,

expression levels were 14% higher than those in thewhich are cancer cells, and Vero cells, which arecontrol for concentrations of 9.4 µmol/L after 24 hnormal cells. The expression level of glut4 wasand 10% higher after 48 h (Fig. 5A, B). Furthermore,increased in HeLa CD4+ cells supplemented with

Bcl-XL expression levels were 15% higher thanof aryl-substituted trehalose of

Fig. 4 Comparison of glut4 expression by addition of aryl-substituted trehalose in cancer cells and normal
cells. The aryl-substituted trehalose was added to HeLa CD4+ cells (A,B) and Vero cells (C,D). Populationsof glut4-positive cells were analyzed using a flow cytometer. Compared to 1% DMSO, p < 0.05 (*) or p
< 0.001 (***). All data are means ± SD of three samples from three independent experiments.

69

Fig. 5 NF-κB and Bcl-XL expression in response to aryl-substituted trehalose. HeLa CD4+ cells were
stained with NF-κB-PE (A,B) or Bcl-XL-PE (C,D) for flow cytometry. (A,C) Representative profile. The
solid line and dashed line represent the aryl-substituted trehalose and 1% DMSO, respectively. (B,D) Eachbar represents the mean ± SD of three independent experiments (p < 0.01 (**) or p < 0.001 (***) compared
to 1% DMSO).
those in the control for concentrations of 9.4 µmol/Lmaterials is a lack of cytotoxicity. Anotherafter 24 h and 4% higher after 48 h (Fig. 5C, D). The

requirement for the design of an imaging material isaddition of aryl-substituted trehalose increased thegood water solubility for adapting to the biologicalexpression of NF-κB signaling pathway-related

environment and hydrophobicity for penetrating thefactors (i.e., NF-κB and Bcl-XL), thereby promoting

cell membrane. Therefore, we focused on trehalose,

the survival of HeLa CD4+ cells.

which is a water-soluble sugar. Trehalose has
beneficial characteristics for applications as a raw

4 Discussion

material for processed foods and as an excipient for

Cell imaging is expected to contribute to clinicalpharmaceuticals19). We successfully synthesized

diagnosis, treatment, drug discovery, and life sciencearyl-substituted trehalose, in which trehalose withresearch as a methodology for exploring andhigh hydration ability was combined with ainterpreting biological phenomena from a newhydrophobic organic fluorescent molecule, for cell

perspective18). One of the design requirements forimaging. Aryl-substituted trehalose showed efficientorganic fluorescent small molecule-based imaging

time-dependent cellular uptake (Fig. 1).
70

We verified that aryl-substituted trehalose wastrehalose is easily taken up by cells via glut4 andtaken up by HeLa CD4+ cells and verified its

does not affect cell viability and proliferation, so weeffectiveness as a cell imaging probe. In addition, a

expect it to be useful as a new cell imaging

quantitative flow cytometry analysis revealed thattechnology.

thefluorescenceintensityof aryl-substituted

In addition, aryl-substituted trehalose did notcells depends on theinfluence cell proliferation in HeLa CD4+ cells andtreatment duration. HeLa CD4+ cells supplemented

Vero cells. In this assay, we used HeLa CD4+ cells aswith aryl-substituted trehalose did not show

a representative cancer cell line and Vero cells as amorphological changes typical of apoptosis, as

representative normal cell line. Aryl-substituted

evaluated by light microscopy, even 48 h aftertrehalose was not taken up by Vero cells but was

treatment. During the early stages of apoptosis, cell

specifically taken up by HeLa CD4+ cells,

contraction and enrichment can be observed using asuggesting that it may be used for cancer celllight microscope. Cells show a reduced cell size,

detection and drug discovery. We believe that aryl-dense cytoplasm, densely packed organelles, andsubstituted trehalose will serve as a valuable tool inpyknosis as a result of chromatin condensation, athe treatment of cancer.

trehalose in HeLa

CD4+morphological feature of apoptosis20).
NF-κB is a nuclear transcription factor involved

Acknowledgments.

We would like to thankin the response to stimuli, such as stress21). NF-κB

all of our colleagues for their assistance,

has important roles in inflammatory and immune

especially Ms. K. Kobayashi and Dr. T.

responses22). It also regulates cytokines, which are

Shimasaki,

whogrowth factors in tumor cells, thereby contributing tosubstituted

trehalosecell proliferation23). In addition, NF-κB activation

Technology).

synthesized(Chibathearyl-Instituteofcontrols the anti-apoptotic cascade and antiapoptotic genes, such as genes in the Bcl-2 family24).

Conflicts of interest

The anti-apoptotic Bcl-2 protein family prevents the

The authors have no potential conflicts of interest

physiological destruction of mitochondria, prevents

to disclose.

the release of cytochrome c from mitochondria in
p53-regulated

apoptosis,

andsuppresses

apoptosis25,26).
Our experimental results showed that the
introductionofaryl-substituted

trehalosesignificantly increases the expression levels of NFκB and Bcl-XL, which act as anti-apoptotic proteinsin HeLa CD4+ cells (Fig. 5). These results suggestthat the NF-κB signaling pathway is activated in
HeLa CD4+ cells treated with aryl-substituted
trehalose.

Furthermore,thearyl-substituted

trehalose-induced increases in the expression of NFκB and Bcl-XL promoted the maintenance of HeLa
CD4+ cell survival. In other words, aryl-substituted

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72

2021 年度 材料技術研究協会討論会報告
討論会委員会

委員長

酒井

秀樹

（東京理科大学）

2021 年 12 月 2 日（木）、3 日（金）の 2 日間、2021

生による特別講演が、「今、多様性が世界の科学技術

年度 材料技術研究協会討論会が開催されました。コを変える〜競争による発展より持続できる社会へ〜」

ロナウィルスの流行がまだ収まらない中、討論会で発の演題で行われました。世界の科学技術を発展させて表していただいた方々、参加いただい方々、また討論いくためには、競争よりも Diversity & Inclusion の推会運営へのご支援をいただいた方々に心よりお礼申し

進により持続できる社会を構築していくことが重要で上げます。

あるとのお話に感銘を受けました。

本年度も討論会は Zoom を用いたリモート開催とな特別講演に引き続き、表面改質部会の特別セッショ

りましたが、昨年度は実施を見合わせたポスターセッンが開催され、以下４件の依頼講演が行われました。

ションを復活させ、Zoom のブレイクアウトルームの・「高速気流中衝撃法による新規相変化マイクロカプ

活用により活発な議論を行うことができました。

セルの開発」（北海道大学大学院）能村貴宏先生、坂井浩紀氏，石田良介氏

討論会１日目（１２月２日）

・「水系導電性ポリマーの技術と用途紹介」

討論会委員長による開会挨拶の後、9 時 30 分から（綜研化学株式会社）上川原タケル先生

A 会場、B 会場の 2 セッションに分かれて口頭講演が・「建物・街区における水素エネルギー利活用、水素始まりました。オンライン開催も２年目となり、円滑

吸蔵技術」（清水建設株式会社）下田英介先生

な進行のもと、活発な質疑が行われました。

・「筆記具インキの技術紹介」

その後 10 時 35 分からは、学生論文賞受賞講演が実（ペんてる株式会社技術研究所）名須川 良先生

施され、受賞者の文化学園大学大学院

その後 16 時 15 分からは、再び A, B２会場に分かれ

危 希曦氏,

柚本 玲氏らにより「ショーツ内体臭成分のガスクロて口頭講演が実施され、最新成果の発表ならびに活発

マトグラフマススペクトルによる分析」のタイトルでな質疑応答が行われました。

講演が行われました。
続いて 11 時からは、阿部 正彦先生（東京理科大学

討論会２日目（１２月３日）
討論会 2 日目も、朝のセッションでは A, B 2 会場に名誉教授、本会前会長）による総合講演が、「記憶に残る私の研究アラカルト ―その切っ掛けとその後おいて口頭講演が行われました。

―」の演題で行われました。阿部先生がこれまで遂行

その後 10 時 20 分からは、令和３年度論文賞の受賞されてきた多岐に渡る研究が始まる切っ掛け、そして講演２題が行われました。はじめに、株式会社 L.V.M.C.

それがどのように花開いたかが説明され、これから研の金子晃久先生による「β－シトステロール硫酸ナト

究を展開される若い研究者、学生の皆さんには大変勉

リウム存在下におけるジパルミトイルホスファチジル強になったのではないかと思います

コリン／水系の水和特性に関する研究」のご講演が、昼食後には、科学技術振興機構(JST)の渡辺美代子先続いて、株式会社ジェイテクト研究開発本部の南里浩

73

太先生による「純水およびアルコール水溶液中におけ寄付の形で多大なご支援をいただきました。心よりおる低 Reynolds 数領域の光ピンセットを利用した抗力

礼申し上げます。
（敬称略、５０音順）

係数の測定」のご講演があり、多くの注目を集めました。

エムディジャパン株式会社

その後、11 時からは、令和３年度「小石眞純賞」受株式会社 L.V.M.C.

賞者である大澤折原勝男（自己組織化ナノテクノロジー研究所）

敏先生（金沢工業大学学長）の受賞

講演が、「生分解性高分子材料の環境・医療・生活分小石眞純（東京理科大学名誉教授）

野への応用」のタイトルで行われました。大澤先生の材料技術研究協会

これまでのご研究を、多くの「材料技術」誌掲載論文

株式会社 ジェイテクト

を引用しながらご紹介いただきました。なお、授賞式

株式会社 細川洋行

は、2022 年度本協会総会にて行われる予定です。

ユニ・チャーム株式会社

昼食を挟んで 13 時からは、岩手医科大学薬学部の杉米山雄二（文化学園大学教授）

表面改質研究会

山育美先生による特別講演が「少しニッチなアンチ・ドーピングの世界 」のタイトルで行われ、杉山先生が関わられているアンチドーピングへの試みの事例について、分かり易くご説明いただきました。

口頭講演賞・ポスター賞について
口頭講演・ポスター発表について、複数審査員による審査を実施し、特に優れた講演について、優秀口頭

その後、再び口頭講演が２会場に分けて実施された

講演賞、ゴールドポスター賞、シルバーポスター賞を後、15 時からはポスター発表が、Zoom のブレイクア

選考いたしました。以下に優秀口頭講演賞、ゴールド

ウトルーム機能を用いて行われました。各講演（ブレポスター賞の受賞者を記載させていただきます。

イクアウトルーム）について絶えず多くの方々聴講されており、オンラインながらも十分な討論ができたよ

優秀口頭講演賞受賞者(敬称略)うでした。

・マイクロ波加熱を用いたゴム加硫における発熱メカ

ポスターセッション終了後、鈴木昇先生（副会長）のニズム解明およびその応用について

閉会のご挨拶をもって討論会は閉会となりました。

（上智大）〇奥村恭輔
・六方晶フェライト Ba(Fe1-xScx)12O19 のアンチフェ

本討論会の開催は、非常に多くの方々のご尽力により可能となりました。Zoom の運営は、今年も羽田宣弘実行委員長が経営されているベンチャー企業のスタッフの方にお願いし、機器トラブルなどもなく順調に運営することができました。またリモート開催では従来以上に重要となる討論会 HP の管理や要旨集のアップロードは長谷川裕之副実行委員長と事務局のご尽力

ロ磁気構造（公立諏訪東京理科大）丸山健一
・六角板状酸化亜鉛ヤヌス微粒子を用いた微粒子担持
薄膜の調製（千葉工大工）橋本忠樹
・エタノール水溶液中で調製した O/W 型エマルショ
ンの分散安定化機構（東理大理工）本山拓実
・エマルション界面を反応場としたシリカ粒子の表面
修飾と界面活性化（弘前大院)

磯嶋柚希

により円滑に行われました。また、討論会委員をはじ

・複合有機テンプレート法によるチタニア/リン酸カめとする先生方には、座長や賞の審査などでご協力いルシウム複合粒子の調製（千葉工大）大澤朗人

ただき心よりお礼申し上げます。
さらに、下記の方々から、討論会運営に協賛金、ご・火花放電パルスアノード酸化による複合酸化物固溶
体皮膜の作製と深さ方向結晶構造解析

74

（近畿大院）東中庸太着材料への応用（福井高専）鷲田圭司

・ウルトラファインバブル水を用いた新規サーファク・ナノ電解法による新規フタロシアニンナノ単結晶のタントフリーエマルションの探究とそのメカニズ作製とその物性（島根大学教育）織部太智

ムの解明 （千葉工大）加藤優志・ ITO 基板上に成膜したフォトレジストのプルロニック系界面活性剤による剥離機構：炭酸アルキレ
ンの組成依存性（東理大理工）永井泰史
・種々の極性溶媒を用いた Oil-in-Oil 型エマルションの調製と分散安定性向上（東理大理工）横地智貴
・麻繊維強化植物由来 PA1010 バイオマス複合材料の各種物性に及ぼすエポキシ樹脂処理の処理濃度の影響（工学院大院）森野麻衣子
・光触媒を用いたバイオエアロゾル処理装置の設計（千葉工業大学）山野 凌

ゴールドポスター賞受賞者(敬称略)・電気泳動電着における浴条件が及ぼす酸化セリウム
膜への影響（千葉工大院）佐藤柊哉
・CVD グラフェンの転写法の検討（千葉工大院）小井出涼太
・バクテリオロドプシン Gabor フィルタを用いたパターン認識（島根大院自然）坂本海里
・フッ素系低表面エネルギーの実現に向けた非フッ素系界面活性剤の構造最適化（弘前大理工）込山ひなた
・非フッ素系ノニオン性物質による水/超臨界 CO2 分散系の安定化（弘前大学院理工）飯塚大登
・テンプレート法を利用した中空粒子の調製における基礎的研究（新潟大自）真下稜平
・微細藻類由来β‐1,3‐グルカンのナノファイバー化と水系塗料添加剤に期待されるレオロジー特性（金沢工大院）小泉樹奈
・フェロセンを有する有機-無機ハイブリッドベシク
ルの崩壊検討（山形大院理工）茂原虎勢
・ジスルフィド結合含有 UV 硬化膜の作製と重金属吸75

<Editorial Note> ２０２１年度

統合版の発行に寄せて材料技術の 2021 年，第 39 巻，第 6 号を公開いたします。印刷版（第１号～第６号の統合版）の発行が遅れておりますが，できるだけ早く皆様のお手元にお届けできるよう努力いたします。
２０２１年度に御投稿いただいた論文の投稿から掲載（公開）決定までの日数は平均４０日で，２０２０年度よりさらに短縮されました（ほぼ半数の論文掲載が投稿から３０日未満で決定しております）。今後も迅速な審査に努めます。奮って御投稿いただけますようお願い申し上げます。
（浜松医科大学 三浦康弘）

14

MATERIAL TECHNOLOGY 材料技術
昭和62年8月5日第三種郵便物許可

令和３年12月25日発行（隔月25日発行）

第39巻

第６号

定価2,100円